化工原理第2阶段练习题

江南大学现代远程教育第二阶段练习题

考试科目:《化工原理》第三章（总分100分）

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一、填空题（20分，每空2分）

1、在列管式换热器中，用饱和蒸气加热空气，总传热系数K接近______流体的对流给热系数。

2、蒸汽中不凝性气体的存在，会使___________大大降低，因此冷凝器都应有________的装置。

3、将单程列管式换热器改为双程的作用是__________，但这将使________减小，________ 增大。

4、厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3；导热系数

R1______R2______R3；各层导热速率1<2<3。在稳定传热过程中，各层的热阻

Q1___Q2___Q3。

二、选择题（10分，每空2分）

1、强化传热的主要途径是____。

A、增大传热面积

B、提高K值

C、提高t m

2、当冷热两流体无相变且进、出口温度分别相同时的折、错流换热器，其平均温度差t m都比纯逆流时的t m____。

A、大

B、小

C、相同

3、对流传热方程中Q=S t中的t是指____温度差。

A、内壁与外壁 B 冷热流体的平均 C、壁面与流体间

4、稳定传热是指传热系统内各点的温度____。

A、既随时间而变，又随位置而变

B、只随位置而变，但不随时间而变

C、只随时间而变，但不随位而变

5、对于沸腾传热，工业生产一般应设法控制在____沸腾下操作。

A、泡核

B、稳定的膜状

C、不稳定的膜状

三、判断题（10分，每空2分）

1、多层平面壁稳态热传导时，推动力是内壁面与外壁面间总的温度差;总热阻是各层热阻的倒数之和。( )

2、在相同条件下，采用逆流操作比采用并流操作，所需传热面积要小。( )

3、间壁式换热器内冷，热两流体的传热总热阻必定大于每一个分热阻，因此，总传热系数的数值必定小于其中任何一个对流体传热系数的值。( )

4、在稳定多层圆筒简壁导热中，通过多层园简壁的传热速率Q相等，而且通过单位传热面积的传热速率Q/S也相同( )

5、列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的K值，在管外装设折流挡板。( )

四、计算题（60分，每题15分）

1、在内管为189 mm×10 mm的套管换热器中，将流量为3500 kg/h的某液态烃从 100℃冷却到60℃，其平均比热为 kJ/kg·℃，环隙走冷却水，其进出口温度分别为40℃和50℃，平均比热为 kJ/kg·℃，基于传热外面积的总传热系数K0=2000 W/m2·℃，设其值恒定，忽略热损失。试求：1)冷却水用量；2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。

2、一单壳程单管程列管换热器，由多根25mm×2.5mm的钢管组成管束，管程走某有机溶液，流速为0.5m/s，流量为15T/h，比热容为kg·℃，密度为858kg/m3，温度由20℃加热至50℃。壳程为130℃的饱和水蒸汽冷凝。管程、壳程的表面传热系数分别为700W/m2·℃和10000W/m2·℃。钢热导率为45W/m·℃。垢层热阻忽略不计。

求： 1)总传热系数K o；2)管子根数n及管长L。

3、一单程列管式换热器，由直径为25×2.5 mm的钢管束组成。苯在换热器的管内流动，流量为1.25 kg/s，由80℃冷却到30℃，冷却水在管间和苯呈逆流流动，进口水温为20℃，出口不超过50℃。已知水侧和苯侧的对流传热系数分别为和 kW／(ｍ2·℃)，污垢热阻和换热器的热损失可忽略，求换热器的传热面积。苯的平均比热为kJ/(kg·℃)，管壁材料的导热系数为45 W/(m·℃)。

4、有一台套管换热器，内管为38 mm×2.5 mm钢管，外管为57 mm×3 mm钢管，换热管总长36m，逆流操作，管内走水，将管间4200 kg/h的苯液从65℃冷却到35℃，水温从25℃升到35℃，现已知苯侧表面传热系数为2030 W/m2·℃，水侧表面传热系数为6610W/ m2·℃，苯侧垢层热阻为0.18m2 ·℃/kW，苯液比热容c p1＝kJ/kg·℃，钢热导率＝45 W/m·℃。试计算该换热器传热系数K o

附：参考答案：

一、填空题（20分，每空1分）

1、空气

2、蒸汽冷凝传热系数；放气阀

3、提高管内； t m ； 阻力

4、>；>； =；=；

二、选择题（10分，每空2分）

1、B

2、B

3、C

4、B

5、A

三、判断题（10分，每空2分）

1、×

2、 √

3、√

4、 ×

5、×

四、计算题（60分，每题15分）

1、冷却水用量 W h c p h (T 1-T 2)＝W c c p c (t 2-t 1)

3500××(100-60)＝W c × ×(50-40) W c ＝7990 kg/h t 逆＝(50-20)/ln(50/20)＝32.75℃ t 并＝(60-10)/ln(60/10)＝27.9℃

Q ＝KS t m Q ＝7990××(50-40)=×105 kJ/h

∴S 逆＝×105/[(2000/1000)××3600]＝1.41 m 2 d 0 l ＝ ××l ＝ ∴ l 逆＝2.5 m

S 并＝×105/[(2000/1000)××3600]＝1.66 m 2

××l 并＝ ∴ l 并＝2.93 m

2、解 Q =W c c pc (t 2-t 1)=15×103××103(50-20)/3600=×105W

t m =[(130-20)+(130-50)]/2=95℃

以外表面为基准的传热系数:

K o =1/[1/10000+×/(45×+(700×]=513W/(℃·m 2)

V =W /=15×103/(3600×858)=0.0049m 3/s

A =V /u ==×10-3m 2

A =d 2n /4

n =4A /(d 2)=4××=31根

S o =Q /(K o t m )=220000/(513×95)=4.5m 2

S o =n d o ·L

L =S o /(n d o )=(31××=1.85m 取2m

3、解 由总传热速率方程式 Q = K o S o Δt m

式中 Q = W h C p h （T 1 - T 2）= ××103×（80 - 30）= KW

o o o i i m o 1110.0250.00250.0251 2.11860.850.020.0450.0225 1.7

d d b K d d αλα⨯=⋅+⋅+=++=⨯⨯ 20.472KW /m o ℃K =⋅